Розробка нестандартної комірки для оптико-електрохімічних вимірювань за допомогою 3D друку та сучасної електронної бази

Автор(и)

  • Валерій Анатолійович Коток Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-8879-7189
  • Вадим Леонідович Коваленко Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-8012-6732

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.228533

Ключові слова:

вимірювальна комірка, 3D друк, електрохромізм, оптичні характеристики, електрохімічні характеристики, KOH

Анотація

Була запропонована особлива конструкція вимірювальної комірки, яка дозволяє визначати оптичні та електрохімічні характеристики тонкоплівкових електрохромних електродів одночасно. Також запропонована комірка забезпечує постійний контроль температури за допомогою малогабаритного блоку термостатування побудованого на елементах Пельтьє і цифрових платах термостатів W1209 (Китай).

Комірка була виготовлена за допомогою 3Д друку пластиком АБС методом наплавлення (FDM) з подальшою стадією герметизації за допомогою розчину поліметилметакрилата розчиненого в дихлоретані.

У процесі дослідження було обгрунтовано застосування зеленого лазера з довжиною хвилі 520 нм. Окремо були вивчена лінійність оптичних показань, залежність показників системи вимірювань оптичних характеристик від температури, а також рівномірність нагріву електроліту в комірці. Крім того, була визначена картина електричного поля, що було показником рівномірності розподілу щільності струму на вимірюваному електроді.

Отримані залежності дозволили стверджувати, що характеристики комірки і вимірювальної системи в цілому є придатними для заявлених цілей в дослідженнях.

Також було показано, що собівартість осередку разом з оптичною вимірювальною системою і системою підтримки постійної температури в більш ніж в два рази дешевше, ніж прості електрохімічні осередки, пропоновані виробниками.

Запропонований алгоритм розробки конструкції осередку, підходу до вибору компонентів, а також наведені технічні подробиці дозволяють виготовляти вимірювальне обладнання під конкретні цілі дослідника. При цьому наведені схематичні, конструкційні та апаратурні рішення можуть бути використані окремо один від одного

Біографії авторів

Валерій Анатолійович Коток, Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів і апаратів, та загальної хімічної технології

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Вадим Леонідович Коваленко, Український державний хіміко-технологічний університет; В’ятський державний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок та косметичних засобів

Старший науковий співробітник

Центр компетенцій «Екологічні технології та системи»

Посилання

  1. Granqvist, C. G., Arvizu, M. A., Bayrak Pehlivan, İ., Qu, H.-Y., Wen, R.-T., Niklasson, G. A. (2018). Electrochromic materials and devices for energy efficiency and human comfort in buildings: A critical review. Electrochimica Acta, 259, 1170–1182. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.11.169
  2. Cai, G., Eh, A. L.-S., Ji, L., Lee, P. S. (2017). Recent Advances in Electrochromic Smart Fenestration. Advanced Sustainable Systems, 1 (12), 1700074. doi: https://doi.org/10.1002/adsu.201700074
  3. Kraft, A. (2018). Electrochromism: a fascinating branch of electrochemistry. ChemTexts, 5 (1). doi: https://doi.org/10.1007/s40828-018-0076-x
  4. Son, M., Shin, D., Lee, C. S. (2020). Facile Fabrication of Trimodal Switchable Mirror Device with Zero Transmittance in the Black State. Advanced Materials Interfaces, 8 (3), 2001416. doi: https://doi.org/10.1002/admi.202001416
  5. Boeing’s New 777X to Offer Gentex Dimmable Windows (2019). Available at: https://www.globenewswire.com/news-release/2019/01/08/1682175/0/en/Boeing-s-New-777X-to-Offer-Gentex-Dimmable-Windows.html
  6. Smart Glass for Better Buildings. Available at: https://www.sageglass.com/en/products?utm_source=google&utm_medium=paidsearch&utm_campaign=electrochromic&utm_content=electrochromic-windows&gclid=CjwKCAiAm-2BBhANEiwAe7eyFNbN9DXHoaXuCEUg74XSID0gWFyyLTQ3nE3EyQ3sPWtW9VYHFUKBhBoCuS8QAvD_BwE
  7. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). Influence of used polyvinyl alcohol grade on the electrochromic properties of Ni(OH)2-PVA composite films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (107)), 58–65. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214239
  8. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). A study of the influence of polyvinyl pyrrolidone concentration in the deposition electrolyte on the properties of electrochromic Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (106)), 31–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.210857
  9. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). A study of the increased temperature influence on the electrochromic and electrochemical characteristics of Ni(OH)2-PVA composite films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (105)), 6–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.205352
  10. Kotok, V., Kovalenko, V. (2020). Selection of the formation mode of a zinc mesh electrode for an electrochromic device with the possibility of energy recovery. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (6 (104)), 13–20. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.200559
  11. Kotok, V., Kovalenko, V., Kirillova, E., Efimov, A., Sykchin, A., Kamalov, K. et. al. (2020) Study of the Ni(OH)2 Electrochromic Properties of Films Deposited on FTO Glass With an Additional Conducting Layer. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 70–77. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2020.001359
  12. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L. (2019). Non-Metallic Films Electroplating on the Low-Conductivity Substrates: The Conscious Selection of Conditions Using Ni(OH)2 Deposition as an Example. Journal of The Electrochemical Society, 166 (10), D395–D408. doi: https://doi.org/10.1149/2.0561910jes
  13. Electrochemical Cell for Three Electrode System. Available at: https://www.ossila.com/products/electrochemical-cell-three-electrode?variant=31729906352224
  14. Elektrohimicheskaya yacheyka E-3S. Available at: https://potentiostat.ru/product/электрохимическая-ячейка-э-3с
  15. R/T/A Spectro-EC 1.75 ml - Reflection / Transmission / Absorption Spectro-Electrochemical Cell. Available at: https://redox.me/products/r-t-a-spectro-ec-1-75-ml-reflection-transmission-absorption-spectro-electrochemical-cell
  16. PECC Cells - Zahner photo-electrochemical cells. Available at: https://www.zimmerpeacocktech.com/partner-products/zahner-products/pecc-cells/
  17. Photoelectrochemical Cell. Available at: https://orders.gamry.com/photoelectrochemical-cell.html
  18. Quartz Photoelectrochemical Cells. Available at: https://pineresearch.com/shop/products/photoelectrochemistry/single-chamber/quartz-photoelectrochemical-cells-2/
  19. Materiienko, A. S., Hrudko, V. A., Georgiyants, V. A. (2013). Methodology Development Definitions of Tartrazine and Carmoisine in the Syrup «Gripout Baby». Aktual'nye problemy meditsiny, 25 (168), 232–238.
  20. Kotok, V., Kovalenko, V. (2018). A study of the effect of cycling modes on the electrochromic properties of Ni(OH)2 films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (96)), 62–69. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150577
  21. PRESSURE ABS Chemical Resistance Guide. Available at: https://www.ipexna.com/media/10193/resistance-guide-en-ipex-abs.pdf
  22. KELKO Chemical compatibility chart ABS. Available at: https://www.kelco.com.au/wp-content/uploads/2009/02/abs-chemical-compatibility-guide.pdf
  23. Kovalenko, V. L., Kotok, V. A., Sykchin, A., Ananchenko, B. A., Chernyad’ev, A. V., Burkov, A. A. et. al. (2020). Al3+ Additive in the Nickel Hydroxide Obtained by High-Temperature Two-Step Synthesis: Activator or Poisoner for Chemical Power Source Application? Journal of The Electrochemical Society, 167 (10), 100530. doi: https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab9a2a
  24. BPX 61 Metal Can® TO39 Silicon PIN Photodiode. Available at: https://static6.arrow.com/aropdfconversion/8d0ab7bc73d995d11bce2eb486ffade0752567f1/bpx61_en.pdf
  25. Neiva, E. G. C., Oliveira, M. M., Bergamini, M. F., Marcolino, L. H., Zarbin, A. J. G. (2016). One material, multiple functions: graphene/Ni(OH)2 thin films applied in batteries, electrochromism and sensors. Scientific Reports, 6 (1). doi: https://doi.org/10.1038/srep33806
  26. W1209 Temperature Control Switch. Available at: http://www.kelco.rs/katalog/images/17670.pdf
  27. Meloni, G. N. (2016). Building a Microcontroller Based Potentiostat: A Inexpensive and Versatile Platform for Teaching Electrochemistry and Instrumentation. Journal of Chemical Education, 93 (7), 1320–1322. doi: https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.5b00961

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-04-30

Як цитувати

Коток, В. А., & Коваленко, В. Л. (2021). Розробка нестандартної комірки для оптико-електрохімічних вимірювань за допомогою 3D друку та сучасної електронної бази. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(5 (110), 6–13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.228533

Номер

Том 2 № 5 (110) (2021): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Валерий Анатольевич Коток, Вадим Леонидович Коваленко

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.